D类功放原理(经典!!).pdf

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1、Power Analog Microsystem1 D类音频功率放大器类音频功率放大器 美国美国Power Analog 微电子公司微电子公司 首席科学家首席科学家 茅于海茅于海 Power Analog Microsystem2 放大器的分类放大器的分类（一一） 甲类放大器:效率约为20% Power Analog Microsystem3 放大器的分类放大器的分类（二二） 乙类放大器:效率约为50% Power Analog Microsystem4 放大器的分类放大器的分类（三三） 甲乙类放大器:效率约为50% Power Analog Microsystem5 放大器的分类放大器的分类

2、（四四） 甲类放大器失真最小，静点工作电流最大，效率最低 乙类放大器失真较大，静点工作电流最小，效率较高 甲乙类放大器失真中等，静点工作电流中等，效率中等 丙类放大器失真极大，主要用在射频调谐放大器中 D类放大器或丁类放大器，不是工作点的不同，而是工 作原理完全不同的新型放大器，也有人称之为数字放大器 Power Analog Microsystem6 D类放大器的工作原理类放大器的工作原理 PWM（脉宽调制脉宽调制）的工作原理的工作原理 Power Analog Microsystem7 D类放大器的构成类放大器的构成 锯齿波 发生器 比较器 输入信号 功放 低通 滤波 脉宽调制信号 Pow

3、er Analog Microsystem8 D类放大器的原理图类放大器的原理图（一一） 单端输出单端输出 Power Analog Microsystem9 D类放大器的原理图类放大器的原理图（二二） 加负反馈的D类放大器 Power Analog Microsystem10 D类放大器的原理图类放大器的原理图（三三） 桥式输出(BTL)的D类放大器 Power Analog Microsystem11 D类放大器的性能类放大器的性能 极高的工作效率，在二十瓦以内不需要散热器 最少的外部工作元件 很小的总谐波失真（THDN） 无外部滤波器时（利用喇叭线圈作为滤波器） 会产生电磁波辐射干扰（E

4、MI） 采用专门的无滤波器D类放大器可以在没有输 出滤波器的情况下，得到很小的静点电流和很 低的电磁干扰（EMI） Power Analog Microsystem12 无滤波器无滤波器D类放大器类放大器 普通D类放大器都需要输出低通滤波器，以滤 去脉宽调制的脉冲 如果不加滤波器，会引起静点电流的增大，和 EMI的增大 无滤波器D类放大器采用了不同的调制技术可 以避免静点电流的增大，还能够减小EMI TI最早在2001年提出了无滤波器技术的专利 龙鼎微电子公司在2007年申请了新的无滤波 器专利，并成功地推出了PAM8803三瓦D类功 放 Power Analog Microsystem13

5、D类放大器的输出功率类放大器的输出功率（一一） D类放大器的输出功率和喇叭阻抗有极大的关系。 从输出功率Po=I2R来看，好像是和R成正比，好 像R越大，输出功率就越大，实际正好相反 因为电流是和R成反比，所以输出功率接近和R成 反比 准确地说：Po=(V/1.414(2RdsonRL)2*RL, 假定V5伏，Rdson=0.25欧姆，RL4欧姆 输出 功率就是2.47瓦；RL8欧姆，P1.3845瓦 Power Analog Microsystem14 D类放大器的输出功率类放大器的输出功率（二二） D类放大器的输出功率和失真度有很大关系 也和PWM的调制度有关 对于正弦波上面公式中采用1.

6、414 如果是100PWM调制的矩形波（直流）就是 1.0 如果失真度是10，则可以近似地采用1.3 Power Analog Microsystem15 D类放大器的效率类放大器的效率(一一) 末级晶体管工作于开关状态 理想开关效率为100 截止时的损耗可以忽略 主要为导通时的电阻Ron 效率 RL/(2Ron+RL) Power Analog Microsystem16 D类放大器的效率类放大器的效率（二二） 主要由末级导通电阻值Ron决定 若负载电阻为4欧姆，导通电阻为0.1欧姆，则 效率为95 若导通电阻增大至0.3欧姆，负载电阻不变， 则效率降低为87 若导通电阻增大至0.5欧姆，负

7、载电阻不变， 则效率降低至80 Power Analog Microsystem17 D类放大器的效率类放大器的效率（三三） Power Analog Microsystem18 D类放大器的效率类放大器的效率（四四） 因为在播放语言或音乐时，放大器大多数时间 都工作于低输出功率的状态，所以D类放大器 的效率平均比AB类放大器的效率高2.5到3倍 这种高效率的特点决定了D类放大器特别适合 用于便携式设备（延长电池寿命，不需要散热 器而减小体积）和特大功率设备（减小功耗） 中 Power Analog Microsystem19 D类放大器的效率和类放大器的效率和AB类的比较类的比较 播放正弦波

8、播放正弦波、语音语音、音乐信号时峰值功率和平均功率之比音乐信号时峰值功率和平均功率之比 75120.06315音乐信号 80240.259语音信号 804513正弦波 D类放大器AB类放大器 效率 (%)实际平均输 出功率 （瓦） 峰值因素 （dB）音频信号源 耗散功率（热量） Power Analog Microsystem20 D类放大器的失真类放大器的失真（一一） 主要考虑非线性失真或总谐波失真THDN 其产生是由于： 采样时的脉宽误差和量化误差 驱动管的死区和延时 功放管的导通时间和体二极管恢复 输出滤波电感和电容的非线性 Power Analog Microsystem21 D类放大

9、器的失真类放大器的失真（二二） 0.01 100 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 % 600u31m2m5m10m20m50m100m 200m500m12 W 典型的THDN和输出功率的关系（8欧姆，1kHz,6V） Power Analog Microsystem22 D类放大器的滤波类放大器的滤波（一一） 末级晶体管输出的是脉 宽调制的矩形波 必须经过低通滤波才能 滤出音频信号 动圈式喇叭本身具有电 感 如果采用较高的矩形波 频率就很容易滤除高频 Power Analog Microsystem23 D类放大器的滤波类放大器的滤波（二二） 过高的

10、矩形波频率会导致效率降低，失真加大 无滤波器方案会在放大器和喇叭之间的引线上 引起较大的射频辐射干扰 除非采用专门的“ 无滤波器” D类功放 简单的滤波器就可以很好地解决射频干扰问题 还可以提高效率 在无滤波器D类功放也可以采用磁珠和小电容 （200pF)，以进一步减小EMI Power Analog Microsystem24 D类放大器的滤波类放大器的滤波（三三） 开关频率1MHz L=10 uH, C=0.146uF 开关频率1MHz L=5 uH, C=0.146uF Power Analog Microsystem25 D类放大器的芯片类放大器的芯片 Power Analog Mic

11、rosystem26 D类放大器的应用类放大器的应用手机手机 极其有限的极其有限的 电池寿命电池寿命 极其有限的空间极其有限的空间 要求中等的音质要求中等的音质 单声道或立体声单声道或立体声 （在在MP3或音乐手机中或音乐手机中） 但必须防止射频干扰但必须防止射频干扰 Power Analog Microsystem27 D类放大器的应用类放大器的应用MP4播放器播放器 电池寿命短 音质要求高 空间极其有限 无射频部分 要有立体声 （耳机 或单声道喇叭 LCD Display CPU DSP USB Battery Charger Battery DAC NAND Flash Voltage

12、Regulators Class-D Audio Amp. SD Or CF User key White LED Backlight Power Analog Microsystem28 D类放大器的应用类放大器的应用便携式便携式DVD播放播放 机机 有限电池寿 命 有限空间 中等音质 要求立体声 无射频部分 MPEG Decoder DVD Driver CVBS Progressive TV Encoder S-Video Frame Buffer ROM Audio Processing Class-D Audio Amp. Battery Charger Battery Voltag

13、e Regulators Power Analog Microsystem29 D类放大器的应用类放大器的应用便携式电视机便携式电视机 模拟或数字式 有限电池寿命 有限空间 音质要求中等 要有立体声(喇叭或耳机） 有射频部分 To LCD Panel Digital YUV Signal Audio D/A MPEG Decoder RF TV Tuner QAM/ DMB-T/ QPSK Scaler OSD LVDS Advanced Video processor Frame BufferROMFrame Buffer Class-D Audio Amp. Power Analog Mi

14、crosystem30 D类放大器的应用类放大器的应用LCD电视机电视机 模拟或数字式 有限空间（不能 用散热器） 音质要求很高 要有立体声(喇叭） 功率要大（6W以 上） 有射频部分（EMI要 小） To LCD Panel Digital YUV Signal Audio D/A MPEG Decoder RF TV Tuner QAM/ DMB-T/ QPSK Scaler OSD LVDS Advanced Video processor Frame BufferROMFrame Buffer Class-D Audio Amp. Power Analog Microsystem31

15、D类放大器的应用类放大器的应用笔记本电脑笔记本电脑 有限的电池寿命 有限的空间 要求中等音质 要求立体声 无射频部分 CPUDRAM L2 Cache 256K 2.5V Host Bus 66- 100MHz PCI Bridge 3.3V PCI Bus 33MHz LCX LCXLCX LCX GraphicsCard BusIDEAudio Class-D Audio Amp. Battery Charger Battery Voltage Regulators Power Analog Microsystem32 D类放大器的应用类放大器的应用手提式对讲机手提式对讲机 有限空间 有限

16、电池寿命 低音质要求 单声道 Duplexer LNA Power Amp VCOPLL VCO IF Ampl. Ampl i- fier FM Discri- minator Pre- ampl. Class-D Audio Amp. Mod u- lator Power Module/ Battery Antenna Power Analog Microsystem33 D类放大器的应用类放大器的应用汽车音响汽车音响 电源比较有限 体积比较有限 要求较高音质 要求立体声 Class-D Audio Amp. LNA VCO IF AM Detector LNA VCO IF FM Dem

17、od. AM Receiver FM Receiver Laser Pickup CD Drive Switch DAC Power Analog Microsystem34 D类放大器的应用类放大器的应用其它传统音响设其它传统音响设 备备 包括免提电话机、台式机有源音箱、电视机、 功放、家庭影院 无体积限制 无电源限制 无空间限制 必须在性能和价格上和模拟功放竞争 Power Analog Microsystem35 各种应用一览表各种应用一览表 几瓦- 几十 瓦 较高 立体 声 无限 制 无限 制 电视电视 机机 多声 道 立体 声 立体 声 单声 道 立体 声 立体 声 立体 声 单声

18、道 立体 声 声道声道 数数 20瓦 以上 几瓦10 20瓦 几百 毫瓦- 几瓦 几瓦几瓦几瓦1瓦几百 毫瓦 功率功率 要求要求 极高普通较高不高普通较高较高不高极高音质音质 要求要求 无限 制 无限 制 不太 有限 比较 有限 有限比较 有限 比较 有限 极其 有限 极其 有限 空间空间 大小大小 无限 制 无限 制 不太 有限 比较 有限 有限比较 有限 比较 有限 相当 有限 极其 有限 电池电池 寿命寿命 音响音响 功放功放 台式机台式机 音箱音箱 汽车汽车 音响音响 对讲对讲 机机 笔记笔记 本本PC 便携便携 式式TV 便携便携 式式 DVD 手机手机 MP3 播放播放 机机 Po

19、wer Analog Microsystem36 PAM公司的公司的D类放大器产品类放大器产品 PAM8303S，3W（4欧姆欧姆，10THD），），无滤波器单无滤波器单 声道声道，高效率高效率（90%),低失真低失真（最低最低THDN 0.5%） PAM8403，3W（4欧姆欧姆，10THD），），无滤波器立无滤波器立 体声体声，高效率高效率（90%),低失真低失真（THDN0.5%） PAM8803S，在在PAM8403中集成一个中集成一个64级的数字音级的数字音 量控制量控制，3W，无滤波器立体声无滤波器立体声。 极少的外部元件极少的外部元件，只有七个电容只有七个电容，不需要电感不需要电

20、感 即将推出即将推出PAM8303D（用于手机用于手机），），PAM8606和和 PAM8406（6W，立体声立体声，用于用于LCD TV），）， PAM8410 （10W，立体声立体声，用于用于LCD TV） Power Analog Microsystem37 PAM芯片的外部元件芯片的外部元件 单声道 PAM8303 立体声 PAM8403 Power Analog Microsystem38 PAM无滤波器无滤波器D类功放的类功放的EMI符合美国符合美国FCC 标准标准 PAM8803的EMI测试结果 Power Analog Microsystem39 D类放大器的全球市场前景类放大器的全球市场前景 2003年增长200 ， 至$84Million 2006年达到350M 2010将达$1080M 终将完全取代AB类 $0 $200 $400 $600 $800 $1,000 $1,200 Millions 200520062007200820092010 The Semiconductor Reporter (Forward Concept): June 13, 2006 Power Analog Microsystem40 谢谢大家谢谢大家！